超小黃鐵礦量子點可提升電池性能
- 發佈時間：2015-11-13 01:30:47 來源：科技日報 責任編輯：羅伯特
科技日報北京11月12日電 （記者陳丹）如果智慧手機的電池中添加了量子點——比人類髮絲寬度小1萬倍的奈米晶體，充電時間可以縮短到30秒，但效果只能維持幾個充電週期。不過，美國范德堡大學的研究團隊找到了解決辦法：使用蘊藏豐富、成本低廉的黃鐵礦來製造量子點，可確保電池在幾十個充電週期內都能快速充電。
范德堡大學官網11日發佈新聞公報稱，奈米級材料雖可顯著提高電池性能，但當尺寸小于10奈米（40至50個原子的寬度）時，奈米粒子便與電解液發生化學反應，所以只能充放電幾次，這成為鋰離子電池商用邁不過去的“門檻”。該校機械工程專業助理教授卡裏·品特指導、研究生安娜·道格拉斯帶領的研究小組利用標準的鋰紐扣電池和不同規格的黃鐵礦量子點進行實驗，發現4.5奈米大小的量子點可以極大地提升電池的充電速度，延長使用週期。
這是因為，黃鐵礦能通過一種獨特的方式轉變為鐵和鋰—硫（或硫酸鈉）化合物來儲能，與商業鋰離子電池存儲電荷的機制不同。根據他們的觀察，這些超小奈米顆粒允許鐵移動到表面，而鈉或鋰則與黃鐵礦中的硫發生反應，但如果換成較大的顆粒，鐵就無法在黃鐵礦材料中移動，從而限制了它們的儲能能力。
品特認為，理解這種化學儲能機制至關重要，將有助於按照摩爾定律來革新電池性能，加快向電動汽車過渡的步伐。他表示，未來新工具的開發將使他們有能力研製可在幾秒鐘內充電、幾天時間內放電的電池，並且迴圈次數可多達幾萬次，儲能能力可讓電動汽車與汽油車媲美。
該研究成果發表在11日出版的《美國化學學會·奈米》雜誌上。
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